# CR TP2 - RAN
###### Auteurs : Thomas LORRAIN, Kélian PETERSCHMITT
###### tags: `RAN`, `TP`

## Questions préliminaires
### Questions d'ordre général
- *Quelle est la bande de fréquence du GSM ?*

-> La bande de fréquence du GSM se situe entre 890 et 915 MHz pour l'Uplink, et entre 935 et 960 MHz pour le Downlink.

- *Quel est le nombre de canaux disponibles pour chaque opérateur sur la bande GSM et sur la bande DCS1800 ?*

-> Pour le GSM, on a 124 porteuses, soit 124 canaux en fréquence, et 8 slots de temps, ce qui donne 992 canaux.
-> Pour le DCS1800, on a 374 canaux en fréquences et 8 slots de temps, ce qui donne 2992 canaux.

### Couverture et antennes
- *A quoi correspondent les termes suivant : dBm, dBW, dBi, PIRE.*

**dBm** : unité logarithmique de puissance avec comme référence linéaire 1mW.
**dBW** : unité logarithmique de puissance avec comme référence linéaire 1W = 1000mW.
**dBi** : gain d'une antenne avec comme référence une antenne isotrope (gain de 1 -> 0 en dBi).
**PIRE** : puissance isotrope rayonnée équivalente, déterminée dans la direction de l'antenne où la puissance est maximale.

- *Rappelez quelles sont les principales méthodes de prédiction de couverture radio. Quels sont les différents paramètres qui peuvent être pris en compte pour améliorer la prédiction de couverture ?*

On distingue deux types de méthodes de prédictions :
-> les méthodes empiriques, qui reposent sur des résultats expérimentaux (méthode d'Okumura-Hata)
-> les méthodes déterministes, qui reposent sur des profils, templates ou sur du lancer de rayon et intègrent les effets du relief mais ne tiennent pas en compte des propriétés locales

Pour améliorer la prédiction, on peut prendre en compte plus précisément les données géographiques de la zone que ce soit d'une échelle macro (reliefs, type de terrain) ou à une échelle plus micro (présence de batiments imposants, forêts)

- *Qu’entend-on par ‘dégagement du 1er ellipsoïde de Fresnel’ ?*

Le premier ellipsoïde de Fresnel est une zone dans laquelle tout élément va géner le rayonnement et créer du multi chemin avec du déphasage. On parle donc de dégagment du 1er ellipsoïde de Fresnel l'action de prévoir le positionnement des antennes pour éviter au maximum les obstacles dans cet forme. On réalise une subdivision en ellipsoïde plus petite pour réaliser ce dégagement.

- *Que calcule à votre avis une prédiction de lien radio en visibilité directe ?*

La prédiction de lien radio en visibilité directe calcule la puissance théorique sans obstacle de l'émission pour un lien radio. Comparer ce calcul à la puissance réelle permet de determiner l'atténuation.

## Prise en main du logiciel
### Données géographique
Le logiciel propose plusieurs types de données géographiques. Nous allons nous concentrer sur deux de ces types :
- Traffic Density, qui correspond à la densité de trafic sur le réseau par zone (Erlang/km^2)
- Clutter, qui décrit le type de terrain, la taille des obstacles par zone

Ces 2 paramètres sont interéssant pour la planification car il donnent des informations sur la charge que doit supporter le réseau et sur les potentiels obstacles à prendre en compte pour la couverture des antennes. Cela permet de bien dimensionner le réseau et de commencer à déterminer les positions optimales des différentes antennes.

### Modèles de prédiction

Les différents modèles disponibles sur le logiciel sont:
- Longley-Rice
- Okumura-Hata
- Cost-Hata
- UIT 526-5
- UIT 370-7
- WLL

Au sein du menu pour le modèle Okumura-Hata, on trouve ces modèles qui dépendent du type de milieu :
- Petite et moyenne ville
- Grande ville
- Périphérie
- Zone rurale peu encombré
- Zone rurale "vide"
- Mer

*Figure 1 : Menu de sélection et de configuration des modèles*

Dans la configuration du modèle, on établit un tableau d'équivalence entre type de clutter et formule à appliquer pour ce type de terrain.

### Dimensionnement du système

L'exemple comporte au départ un placement de sites et d'antennes que l'on peut observer ci-dessous :

*Figure 2 : Configuration initiale avec sites et antennes*

On peut aussi accéder à la liste des émetteurs sous forme de tableau pour une bande de fréquence :

*Figure 3 : Liste des émetteurs pour le GSM 900*

Les données intéressantes pour la planification dans ce tableau sont:
- L'Azimut
- La PIRE
- La Hauteur de l'émetteur
- L'Elévation
- Les Canaux

On remarque sur la carte en *Figure 2* une différence de répartition entre les émetteurs GSM900 et DCS1800.
Les émetteurs DCS1800 sont situés dans les zones à fort trafic. Cette répartition est intéressante du fait du nombre de canaux disponibles avec le DCS1800.
Les émetteurs GSM sont répartis de manière géographiquement uniforme et ne prennent pas forcément en compte la densité du trafic par zone. On en déduit que DCS1800 permet d'accepter la charge que le GSM ne peut supporter en zone de forte densité.

Les sites comptent entre 2 et 3 antennes avec un azimut respectif de 0, 120 et 240° dans une configuration classique pour le DCS. On constate cependant des variations de paramètres entre les sites, ce qui montre la prise en compte de paramètres géographiques dans le placement et la configuration des émetteurs.

### Modèles d'antennes

On se concentre maintenant sur les émetteurs, plus précisement sur les modèles d'antennes utilisés dans la planification initiale.

Pour le DCS1800, le modèle d'antenne choisie est le PD10192 avec une ouverture de 61,5° (paramètre Beamwidth).

*Figure 4 : Diagramme de rayonnement de l'antenne PD10192*

Pour le GSM, le modèle d'antenne est le GSMA090-12-6 avec une ouverture de 90°.

*Figure 5 : Diagramme de rayonnement de l'antenne GSMA090-12-6*

Pour la prédiction de couverture, on utilisera le modèle Okumura-Hata pour chaque émetteur GSM et Cost-Hata pour chaque émetteur DCS.

*Figure 6 : Zone de visibilité en ligne directe d'une antenne du site 55*

Cette visualisation permet d'observer l'impact du relief sur notre couverture potentielle selon les paramètres de calcul et les données géographiques. Ici, on observe la zone en visibilité en ligne directe avec un émetteur récepteur à la même hauteur de 30m et un rayon de 5km, ce qui explique l'étendue de la zone.

### Prédiction de couverture
#### Analyse en couverture
Les propriétés paramétrables sont:
- le Modèle de propagation
- le Pas de maille
- la Hauteur du récepteur
- le Type d'antenne
- les Pertes
- le Rapport de protection du canal adjacent
- la Portée maximale de l'antenne

On calcule donc la couverture via les modèles de prédiction décrits précédemment :

*Figure 7 : Couverture pour le GSM900*

*Figure 8 : Couverture pour DCS1800*

Pour chaque zone résultante du calcul de prédiction, on observe 3 critères de résultats : les interférences, le niveau de signal et la zone de couverture.

Les interférences permettent de visualiser des potentielles interférences entre 2 sites, que l'on cherche à minimiser par le placement et la configuration des émetteurs.

*Figure 9 : Configuration du critère d'interférences*

Le niveau de signal décrit la puissance du signal selon la position du récepteur.

*Figure 10 : Configuration du critère de niveau de signal*

La zone de couverture donne l'information spatiale de couverture d'un émetteur résultante du calcul de prédiction. Ce critère permet de visualiser la couverture, comme dans les exemples figures 7 et 8. Il donne aussi la surface couverte en $m^2$.

*Figure 11 : Configuration du critère de zone de couverture*

Les 3 critères sont nécessaires pour visualiser au mieux et de facon complète les résultats d'une prédiction, dans le but de pouvoir les utiliser dans un environnement pratique.

#### Analyse en plan fréquence

Le canal BCCH est un canal de contrôle indispensable pour les réseaux GSM et DCS. Ce canal se situe sur des canaux physiques différents au niveau de 2 sites voisins pour éviter les interférences. De plus, on ajoute un code BSIC dans le cas où on peut capter le canal BCCH de 2 sites sur le même canal, qui permet de différencier les 2 émetteurs qui utilisent le même canal pour le BCCH.

*Figure 12 : Visualisation des canaux pour les différents émetteurs*

## Etude de propagation et dimensionnement

### Réglage par défaut transmetteurs
On créé un nouveau transmetteur type, nommé GSM-S, auquel on associe la fréquence 935 MHz, qu'on divisera en 62 canaux de largeur 200 kHz chacun. Enfin, on précise que le facteur de multiplexage utilisé sera 7.

*Figure 13 : Création d'une bande de fréquence GSM-S*

### Création d’un site type
On crée un nouveau site type nommé Station-S, qui contiendra une antenne AO9209 fonctionnant au bande de fréquence GSM-S précisé dans la section précédente. On sélectionne également une hauteur et une puissance (ici la PIRE) par défaut, même si ces valeurs sont ammenées à évoluer afin d'améliorer notre couverture.

*Figure 14 : Création d'un site type Station-S*

### Dimensionnement

On calcule ce facteur avec les informations données dans l'énoncé.
$Q=\sqrt[3]{\frac{C}{I}*6}=4,56$ avec $\frac{C}{I}=15,85W$
Cela donne $N=\frac{Q^2}{3}\approx7$
Avec ce résultat, on peut déterminer le nombre de fréquences pour éviter les interférences : $\frac{62}{N}\approx8$

On passe à $N=12$ donc 5 fréquences pour pouvoir utiliser le graphique proposé dans le sujet, reliant Taux d'erreur et Trafic demandé. Par lecture graphique, on détermine un trafic demande de l'orde de 25 Erlang par cellule.
On a la formule $A_{total} = \mu*S$ avec $\mu$ la densité de trafic et S la surface de la cellule.
On cherche S, ce qui donne $S=\frac{A_{total}}{\mu}=\frac{25}{50}=0,5 km^2$ de surface de cellule en zone urbaine à haute densité de trafic.
En approximant la surface par un cercle, cela donne un cercle de rayon environ égal à 400m par cellule.

Avec ces informations, on peut placer nos sites pour couvrir la zone de Nice. On a décidé ici de se concentrer sur les zones à forte densité de trafic, en rouge sur la carte ci-dessous.

*Figure 15 : Carte de placement des sites Station-S*

Note : On a placé les stations à 800 m l'une de l'autre, c'est une approximation avec le rayon calculé auparavant, qui pourrait poser problème dans un cas réel.

*Figure 16 : Carte de couverture calculée par prédiction*

On remarque que la couverture n'est pas satisfaisante et la présence de zones d'interférences. Il faut donc trouver des voies d'améliorations via le positionnement et la configuration des antennes.

### Améliorations
On peut améliorer les précdents résultats via la modification de certains paramètres sur les émetteurs.
- On passe le Down Tilt de chaque antenne à 10°. cela permet de faire tendre la direction des rayons vers le bas et ainsi de moins interférer avec les autres cellules.

*Figure 17 : Carte de couverture après modification du tilt*

- On change la PIRE sur les cellules avec des zones de couvertures trop grandes.

*Figure 18 : Carte de couverture après changement de PIRE sur certaines cellules*

Après ces différentes améliorations, on observe des cellules mieux définies et qui ne s'étalent pas comme auparavant.
On peut ensuite s'intéresser aux canaux pour chaque cellule.


*Figures 19 et 20 : Visualisation des canaux requis par émetteur*

On remarque des effets de bordure. En effet, les émetteurs sur la périphérie de notre planification couvre des zones plus larges donc ont besoin de plus de canaux pour la même qualité de service. Sinon, on remarque un besoin entre 3 et 6 canaux pour des émetteurs au coeur de la zone de haute densité de trafic.

### QoS
#### BSIC
Comme précisé précédemment, on différencie 2 stations possédant le même canal BCCH via le code BSIC.
Le logiciel nous permet donc d'allouer automatique le BSIC pour nos émetteurs dans le but de ne pas avoir d'interférences sur la canal BCCH.

*Figure 21 : Fenêtre de configuration de l'allocation du BSIC*

#### Fréquences
Il est aussi possible dans Atoll d'allouer automatiquement les fréquences aux émetteurs. Voici donc cette étape sur notre planification.

*Figure 22 : Résultats de l'allocation en fréquence en terme de qualité du réseau*

On remarque que l'allocation automatique sur notre planification nous donne un réseau sur lequel il n'y a pas de zones brouillées, d'interférences inter-canal.

*Figure 23 : Allocation des fréquences pour chacun des émetteurs*

### Voisins
Le calcul automatique des voisins correspond à la détection des antennes voisines les plus perçues par chaque antenne. On remarque que certaines antennes détectent plus des antennes qui ne sont pas forcément voisines géographiques du fait de la configuration puissance/tilt de celles-ci.

Le nombre de voisins détectés va dépendre en priorité du niveau de champ minimum pour lequel on réalise la détection.

Cette détection permet de pointer par zone les voisins en terme de puissance et donc, en comparant cela aux voisins géographiques, permet de pointer des potentiels problèmes de configuration d'antenne.

*Figure 24 : Visualisation des voisins pour le site 2*

On remarque ici que le site 2 détecte le signal du site 6, site de bordure et qui n'est pas voisin géographique. Il est donc possible de revoir la configuration du site 6 pour essayer de limiter cette détection et ainsi limiter le dépassement de la zone de couverture du site 6.

### Liaison

Afin de choisir l'antenne, nous prenons en compte trois paramètres : tout d'abord la fréquence de fonctionnement ainsi que l'ouverture, mais également la dimension de l'antenne. Avec ces critères, nous choisissons la parabole P-18A36G, possédant une fréquence de fonctionnement plutôt élevée, directive et de taille raisonnable.
Une fois les paraboles placées dans deux sites voisins, on affiche le bilan de laision, comprenant le nom de cette liaison, la distance séparant les antennes et leur orientation respective.

*Figure 25 : Bilan de liaison*

## Conclusion
Avec ce TP, nous avons pu prendre en main un logiciel de planification de réseau utilisé en entreprise, *Atoll*. Il nous a permis aussi de mieux comprendre l'intérêt de la planification et les différents enjeux et paramètres à prendre en compte pour la réaliser de manière efficace et au plus proche de la réalité.